Crescimento, produção e propriedades da madeira de um clone de Eucalyptus grandis x E. urophylla com enfoque energético

Texto

(1)CRESCIMENTO, PRODUÇÃO E PROPRIEDADES DA MADEIRA DE UM CLONE DE Eucalyptus grandis e E. urophylla COM ENFOQUE ENERGÉTICO. WILMA MICHELE SANTOS SANTANA. 2009.

(2) WILMA MICHELE SANTOS SANTANA. CRESCIMENTO, PRODUÇÃO E PROPRIEDADES DA MADEIRA DE UM CLONE DE Eucalyptus grandis e E. urophylla COM ENFOQUE ENERGÉTICO. Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira, área de concentração em Processamento e Utilização da Madeira, para obtenção do título de “Mestre”.. Orientador Prof. Natalino Calegario. LAVRAS MINAS GERAIS – BRASIL 2009.

(3) Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da Biblioteca Central da UFLA. Santana, Wilma Michele Santos. Crescimento, produção e propriedades da madeira de um clone de Eucalyptus grandis x E. urophylla com enfoque energético / Wilma Michele Santos Santana. – Lavras: UFLA, 2009. 92 p.: il. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Lavras, 2009. Orientador: Natalino Calegario. Bibliografia. 1. Eucalipto. 2. Energia. 3. Qualidade da madeira. I. Universidade Federal de Lavras. II. Título. CDD – 674.142.

(4) WILMA MICHELE SANTOS SANTANA. CRESCIMENTO, PRODUÇÃO E PROPRIEDADES DA MADEIRA DE UM CLONE DE Eucalyptus grandis e E. urophylla COM ENFOQUE ENERGÉTICO. Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira, área de concentração em Processamento e Utilização da Madeira, para obtenção do título de “Mestre”. APROVADA em 15 de dezembro de 2009 Prof. Paulo Fernando Trugilho. UFLA. Profª. Maria Lúcia Bianchi. UFLA. Prof. Natalino Calegario UFLA (Orientador) LAVRAS MINAS GERAIS – BRASIL.

(5) Aos meus pais José Lourival e Wilma Maria, por seu amor e pela oportunidade que me proporcionaram de buscar sempre a melhor formação pessoal e acadêmica; A minha irmã Shirley, pelos momentos de motivação e distração,. Dedico. À memória da minha avó Morenita Alves Santana Santos; A minha avó Rosa Oliveira Ribeiro; A minha mãe Wilma Maria, pelo amor, paciência e dedicação,. Ofereço.

(6) AGRADECIMENTOS. A Deus, pela sabedoria a mim concedida, iluminando os meus caminhos e permitindo a concretização deste sonho. Ao Professor Natalino Calegario, pela orientação, pela amizade, pelo conhecimento e, principalmente, pelo apoio e por acreditar nesse trabalho. Aos professores Paulo Fernando Trugilho e José Tarcísio Lima, cuja dedicação na transmissão de seus conhecimentos foi fundamental para o dsenvolvimento desse trabalho. À Universidade Federal de Lavras, em especial à Ciência e Tecnologia da madeira, por ser a grande responsável por minha formação profissional. À CAPES, pelo suporte financeiro. Ao meu amigo Rômulo Barbosa Veloso, pela troca diária de experiência, amizade e confiança, não me deixando desanimar diante das dificuldades. Aos amigos do Laboratório de Química da Madeira, principalmente aos que dividiram horas tensas, sempre com alegria. Um agradecimento especial a Rogério Quinhones, pela paciência de me ensinar, a Claret, Thiago, Thaisa e Samuel, pela disposição para me acompanhar nos trabalhos e distração. E a todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a concretização desse trabalho, Aos colegas da pós-graduação, pelas horas de estudo em grupo e pela convivência, em especial a Simonne Sampaio da Silva..

(7) SUMÁRIO. Página LISTA DE TABELAS..................................................................................... i LISTA DE FIGURAS..................................................................................... iii RESUMO......................................................................................................... iv ABSTRACT.................................................................................................... v CAPITULO 1.................................................................................................. 01 1 Introdução geral............................................................................................ 02 2 Referencial teórico....................................................................................... 04 2.1 Idade.......................................................................................................... 04 2.2 Qualidade de sítio...................................................................................... 05 2.3 Biomassa.................................................................................................... 07 2.4 Quantificação da biomassa........................................................................ 08 2.5 Modelos de regressão................................................................................ 09 2.6 Densidade básica da madeira..................................................................... 11 2.7 Composição química da madeira............................................................... 13 2.8 Poder calorífico.......................................................................................... 16 3 Referências bibliográficas............................................................................ 19 CAPÍTULO 2: Crescimento e produção de clone de Eucalyptus grandis x urophylla com enfoque energético.................................................................. 27 1 Resumo......................................................................................................... 28 2 Abstract............................................................................................... 29 3 Introdução..................................................................................................... 30 4 Material e Métodos....................................................................................... 32 4.1 Material...................................................................................................... 32 4.1.1 Fazenda Zeringota........................................................................ 32 4.1.2 Fazenda São Bento Abade..................................................................... 33 4.1.3 Fazenda Vargem Alegre........................................................................ 34 4.2 Amostragem das árvores........................................................................... 35 4.2.1 Caracterização das unidades amostrais................................................... 36 4.3 Preparo do material.................................................................................... 36 4.4 Análises avaliadas no material.................................................................. 37 4.4.1 Densidade básica.................................................................................... 37 4.4.2 Massa seca..................................................................................... 38 4.4.3 Análise elementar................................................................................... 38 4.4.4 Estoque de carbono................................................................................. 38 4.4.5 Poder calorífico superior........................................................................ 39 4.4.6 Produção energética............................................................................... 39 4.5 Modelos para estimativas dos parâmetros populacionais.......................... 40.

(8) 4.5.1 Área basal............................................................................................... 4.5.2 Diâmetro médio quadrático.................................................................... 4.5.3 Altura total.............................................................................................. 4.5.4 Volume................................................................................................... 4.5.5 Massa seca.............................................................................................. 4.5.6 Produção energética da madeira.............................................................. 40 40 41 41 42 43 4.5.7 Estoque de carbono...................................................................... 43 4.6 Análise estatística...................................................................................... 44 4.6.1 Análise dos modelos de regressão................................................ 44 4.6.1.1 Coeficiente de determinação ajustado (R² aj)............................ 45 4.6.1.2 Erro padrão da estimativa.......................................................... 45 4.6.1.3 Análise gráfica dos resíduos............................................................... 46 4.6.1.4 Significância dos coeficientes de regressão........................................ 47 5 Resultados e Discussão................................................................................. 48 5.1 Estimativa dos parâmetros populacionais.................................................. 48 5.1.1 Altura total.............................................................................................. 48 5.1.2 Volume do fuste..................................................................................... 50 5.1.3 Massa seca, produção energética e estoque de carbono......................... 57 5.2 Caracterização dos parâmetros populacionais........................................... 52 6 Conclusões.................................................................................................... 63 7 Referências bibliográficas............................................................................ 64 CAPÍTULO 3: Efeito da idade e da classe diamétrica nas propriedades da madeira de Eucalyptus grandis x urophylla.................................................... 67 1 Resumo......................................................................................................... 68 2 Abstract......................................................................................................... 69 3 Introdução..................................................................................................... 70 4 Material e Métodos....................................................................................... 71 4.1 Material...................................................................................................... 71 4.2 Amostragem das árvores, preparo do material e análises realizadas na madeira............................................................................................................ 71 4.3 Análise estatística...................................................................................... 71 5 Resultados e discussão.................................................................................. 72 5.1 Análises referentes ao efeito da idade....................................................... 72 5.1.1 Características químicas e elementar da madeira................................... 72 5.1.2 Características físicas e térmicas da madeira......................................... 76 5.2 Análises referentes ao efeito da classe diamétrica.................................... 80 5.2.1 Características químicas e elementar da madeira................................... 80 5.2.2 Características físicas e térmicas da madeira......................................... 83 5.3 Análise de regressão................................................................................. 87 6 Conclusões.................................................................................................... 88 7 Referências bibliográficas............................................................................ 89.

(9) LISTA DE TABELAS. CAPÍTULO 2 TABELA 1. Parâmetros estatísticos da equação utilizada para estimar a altura total do fuste................................................................. TABELA 2 Parâmetros estatísticos da equação utilizada para ajustar o volume com e sem casca........................................................ TABELA 3 Parâmetros estatísticos da equação utilizada para estimar a massa seca da biomassa do fuste, produção energética e o estoque de carbono no fuste................................................... TABELA 4 Estimativa dos parâmetros populacionais avaliados nas parcelas de estudo................................................................... TABELA 5 Produção baseada em volume e estoque de carbono em árvores de Eucalyptus grandis e E. urophylla......................... 48 50 53 57 60. CAPÍTULO 3 TABELA 1. TABELA 2. TABELA 3. Resumo da análise de variância da composição química e elementar da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da variação da idade. ............................................ 72. Valores médios das características químicas e elementar da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em relação ao efeito da idade......................................................................... 73. Resumo da análise de variância das características físicas e térmicas da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da variação da idade............................................... 76. TABELA 4 Valores médios das características físicas e térmicas da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da idade....................................................................................... TABELA 5 Resumo da análise de variância da composição química e elementar da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da classe diamétrica.............................................. TABELA 6 Valores médios das características químicas e elementar da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da classe diamétrica.................................................................... TABELA 7. Resumo da análise de variância das características físicas e térmicas da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da variação da classe étrica.................................... i. 77 81. 82. 84.

(10) TABELA 8 Valores médios das características físicas e térmicas da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da classe diamétrica.................................................................... 85 TABELA 9 Equações de regressão ajustadas em função da idade (X) e classe de diâmetro (Y)............................................................ 87 TABELA 10 Equação de regressão não linear ajustada em função da idade (X) e classe de diâmetro (Y) para os teores de extrativos totais e nitrogênio............................................. 88. ii.

(11) LISTAS DE FIGURAS. CAPÍTULO 2 FIGURA 1 Localização geográfica da região de coleta do material de estudo, Eucalyptus grandis e E. urophylla com 34 e 48 meses de idade, no Estado de Minas Gerais......................................... 32 FIGURA 2 Localização geográfica da região de coleta do material de estudo, Eucalyptus grandis e E. urophylla com 61 e 74 meses de idade, no Estado de Minas Gerais......... ............................... FIGURA 3 Localização geográfica da região de coleta do material de estudo, Eucalyptus grandis e E. urophylla com 86 meses de idade, no Estado de Minas Gerais.............................................. FIGURA 4 Gráfico de distribuição dos resíduos da equação ajustada em função da produção energética estimada por árvore......................................................................................... FIGURA 5 Gráfico de distribuição dos resíduos da equação ajustada em função do teor de carbono estimado........................................... 33 35 49 51. FIGURA 6 Gráfico de resíduos da equação testada em função da massa seca estimada............................................................................. 54 FIGURA 7 Gráfico de distribuição dos resíduos da equação ajustada em função da produção energética estimada por árvore.................. 55 FIGURA 8 Gráfico de distribuição dos resíduos da equação ajustada em função do teor de carbono estimado.......................................... 56. iii.

(12) RESUMO. SANTANA, Wilma Michele Santos. Crescimento, produção e propriedades da madeira de um clone de Eucalyptus grandis e E. urophylla com enfoque energético. 2009. 92 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) – Universidade Federal de Lavras, Lavras. * A caracterização do potencial da madeira de eucalipto como fonte de matéria-prima deve compreender uma base sustentável para viabilizar a produção contínua de biomassa às sociedades de uma forma em geral. O objetivo deste trabalho foi o de estudar o crescimento e a produção da madeira de um clone Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da massa seca, do poder calorífico, estoque de carbono e das propriedades físico-químicas, visando a sua caracterização para fins energéticos. Este estudo também procurou quantificar a produtividade clonal mediante a inclusão de variáveis dendrométricas por meio do ajuste de modelos de regressão. O material utilizado neste estudo, com 34, 48, 61, 74 e 86 meses de idade, foi proveniente de áreas de reflorestamentos de propriedade da GERDAU S.A. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que o crescimento e a produção em massa seca, produção energética e o estoque de carbono podem ser avaliados mediante a aplicação de modelos estatísticos com a inclusão de variáveis dendrométricas como idade, diâmetro à altura do peito (DAP) e altura total. Verificou-se, também, que a maioria das características da madeira analisada foi influenciada pela idade e classe diamétrica. Palavras-chave: Eucalyptus, madeira para geração de energia, qualidade da madeira.. Comitê Orientador: Natalino Calegario – UFLA (Orientador), Paulo Fernando Trugilho – UFLA, Maria Lúcia Bianchi – UFLA e José Tarcísio Lima UFLA.. iv.

(13) ABSTRACT. SANTANA, Wilma Michele Santos. Growth, yield and wood properties of the wood of Eucalyptus grandis e E. urophylla clone for energy purposes. 2009. 92 p. Dissertation (Master in Wood Science and Technology) – Federal University of Lavras, Lavras. * The characterization of the potential of Eucalyptus wood as a source of raw materials must include the basis for a sustainable production biomass that is compromised with the social and economic well-being of societies. Thus, this work objective was to study the growth and yield of wood from a clone of the Eucalyptus grandis e E. urophylla as a function of dry mass, superior calorific value, carbon stocks and physical-chemical properties in order to characterize it for energy purposes. This study was also important to quantify the clonal productivity by including dendrometric variables through the adjustment of regression models. The material used in this study was 34, 48, 61, 74 and 86 months old and came from reforestation areas owned by GERDAU S.A. Based on the results obtained, it was concluded that the growth and yield of dry mass, energy production and carbon stocks can be evaluated by applying statistical models to include of dendrometric variables such as age, diameter at breast height (DBH) and Total Height. It was also verified that most of the wood characteristics analyzed were influenced by age and diameter class. Keywords: Eucalyptus, fuelwood, wood quality.. Guidance Committee: Natalino Calegario – UFLA (Adviser), Paulo Fernando Trugilho – UFLA, Maria Lúcia Bianchi – UFLA and José Tarcísio Lima - UFLA.. v.

(14) CAPITULO 1. 1.

(15) 1 INTRODUÇÃO GERAL. Aliada às crescentes restrições ambientais ao uso de espécies nativas, a grande procura por madeira para atender às necessidades de diferentes segmentos do setor produtivo tem proporcionado uma demanda crescente por madeiras provenientes de reflorestamentos, principalmente, com espécies do gênero Pinus e Eucalyptus. De acordo com a Associação Brasileira de Produtores de Florestas ABRAF (2008), as áreas de florestas plantadas no Brasil acumularam o total estimado de 6.126.000 hectares com eucalipto e pinus. Sendo que entre 2004 e 2008, constatou-se um crescimento de 7,3% e uma queda de 0,4% nas áreas plantadas com eucalipto e pinus respectivamente. A madeira do gênero Eucalyptus tem despertado um continuado interesse de diversos produtores por sua grande versatilidade nos diferentes segmentos do setor florestal, por apresentar espécies de rápido crescimento e também por constituir-se numa matriz energética renovável mais segura, garantindo um equilíbrio sócial, econômico e ambiental, além de contribuir para o abastecimento energético tanto na forma de lenha como carvão vegetal. O uso da madeira como fonte de energia tem diversas vantagens ambientalmente benéficas, potencializando-o como alternativa aos combustíveis fósseis, pois a produção de carvão vegetal pode ser conduzida de forma a reduzir as emissões dos gases do efeito estufa durante o processo (Brito, 2007). No Estado de Minas Gerais, as fontes renováveis representam 54,4% do total da demanda estadual de energia, sendo que o incremento do produto lenha e seus derivados possui significativa participação, representando um percentual de 51,9% no ano de 2007. Em virtude da importância da biomassa florestal e do carvão vegetal no setor energético, verifica-se a necessidade de formulação de. 2.

(16) políticas que incentivem uma maior participação de combustíveis renováveis no setor (Companhia Energética de Minas Gerais - CEMIG, 2008). Segundo Vale et al. (2000a), a utilização de uma determinada madeira para fins energéticos deve basear-se no conhecimento do seu poder calorífico e no seu potencial para produção de biomassa. A caracterização do potencial da madeira de eucalipto como fonte de matéria-prima deve compreender uma base sustentável para viabilizar a produção contínua da biomassa para consumo da sociedades de forma geral. Para que se garanta essa sustentabilidade, torna-se necessário a compreensão do efeito da dinâmica de crescimento dos povoamentos florestais sobre as propriedades físico-químicas da madeira, bem como os parâmetros dendrométricos em função da proposta do seu uso para fins energéticos e na obtenção de créditos de carbono. Com isso, pretende-se agregar valor ao produto, contribuindo para o fortalecimento dos pólos madeireiros; definir técnicas de manejo adequadas e estabelecer tomada de decisões corretas na condução do potencial produtivo da mesma. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi o de estudar o crescimento e a produção da madeira de um clone de Eucalyptus grandis e E. urophylla em função da massa seca, do poder calorífico, do estoque de carbono e de suas propriedades físico-químicas, visando a sua caracterização para fins energéticos. Este estudo também procurou quantificar a produtividade clonal mediante a inclusão de variáveis dendrométricas por meio do ajuste de modelos de regressão.. 3.

(17) 2 REFERENCIAL TEÓRICO. 2.1 Idade De acordo com Campos (1983), a idade constitui numa variável necessária para avaliar o crescimento e a produtividade do povoamento em um determinado local, sendo também fundamental nas práticas do manejo florestal, servindo, principalmente, como base comparativa. Essa variável também se torna fundamental nos estudos de distribuição da biomassa entre vários componentes da parte aérea da árvore, com isso auxiliando na tomada de decisão em relação à idade de rotação, principalmente quando se pretende adotar a utilização total da árvore. Esse estudo também serve como base para avaliar o potencial produtivo de um sítio (Reis et al., 1985). Quando se pensa em florestas para fins energéticos destinados à produção de carvão vegetal, a idade é um dos parâmetros essenciais para que o mesmo seja produzido com bom rendimento e boa qualidade (Valente & Lelles, 1983 apud Vital et al., 1985). Ao determinar a rotação econômica para Eucalyptus grandis destinado à produção de carvão vegetal, Smith (1989) observou que as idades de corte de máxima produtividade volumétrica foram inferiores às idades ótimas de corte, com base na produção, custo, receitas e uma dada taxa de desconto. Com base nos incrementos de massa, Rezende & Ferraz (1986) verificaram que a idade ideal de corte para Eucalyptus grandis foi de 12,5 anos, sendo superior aos incrementos volumétricos com 9,5 anos. Essas diferenças são ocasionadas pelas variações das densidades anuais crescentes no sentido medula-casca.. 4.

(18) 2.2 Qualidade de sítio O conhecimento da qualidade do sítio é de grande importância para o manejo florestal, do qual dependem: a quantidade e a qualidade da produção de madeira, extrativos, frutos, além do planejamento, programação e execução dos trabalhos de pesquisa, e manutenção das plantações existentes (Schneider, 1993). A produtividade do sítio é regulada pela quantidade e disponibilidade de materiais abióticos, tais como água e nutrientes, cuja finalidade é proporcionar o crescimento das árvores. Sendo que esses materiais estão intimamente relacionadas às propriedades do solo (Switzer, 1978 apud Gonçalves et al., 1990). Segundo Larson et al. (2001), a qualidade do sítio causa variações na formação e crescimento do lenho. Com isso, a qualidade da madeira pode ser relacionada à resposta ao crescimento. Ou seja, bons sítios de crescimento, ricos em nutrientes e com umidade adequada produzirão madeiras com características de rápido crescimento. Enquanto sítios pobres ou deficientes em umidade produzirão árvores com características de crescimento lento. Além disso, os efeitos da qualidade do sítio também podem ser amenizados pelo uso da adubação e da irrigação e drenagem. Ao analisar a qualidade da madeira de Pinus taeda em diferentes sítios de crescimento, Castelo (2007) concluiu que as madeiras provenientes de sítio com taxa de crescimento mais elevada e de sítio com textura mais argilosa apresentam maiores valores para massa específica, largura de fibras e diâmetros do lume, quando comparados à madeira proveniente de sítios de menor produtividade. Essas características constituem um bom indicativo da madeira para produção de carvão de alta qualidade em termos energéticos e também com processo de transformação eficiente em termos de rendimento (Paula et al., 2000).. 5.

(19) Resultados divergentes foram encontrados por Siqueira (2004) que observou nas árvores de Pinus taeda, plantadas em sítios de menor produtividade, uma tendência de aumento nos valores da massa específica básica em relação aos valores dos sítios de maior produtividade. Neste último tipo de sítio, as espécies tendem a ter parede celular delgada, menor comprimento de traqueóides, menor quantidade de lenho adulto e menor proporção de lenho tardio. Assim, as desigualdades nas propriedades tecnológicas da madeira estão associadas às condições do local de crescimento (Burger & Richter, 1991). Com isso, em relação às árvores da mesma espécie, a variação da massa específica é causada pela combinação de fatores ambientais, representada pela qualidade do sítio e hereditariedade. No entanto, a variação desta propriedade está mais relacionada à variabilidade existente dentro e entre as espécies do que entre as classes de produtividade. Grandes diferenças na densidade da madeira devido ao sítio também têm sido encontradas para o Eucalyptus globulus e E. nitens (Raymond & Macdonald apud Downes et al., 1997; Siqueira, 2004). Em relação às características químicas da madeira, Andrade (2006) -- em seu estudo para árvores de Pinus taeda -- constatou que a madeira proveniente de sítios de maior produtividade apresentou menores teores de holocelulose, maiores teores de lignina, extrativos totais e material inorgânico. Assim, é evidente que essas diferenças químicas podem estar associadas a variações existentes nos vários tipos de lenhos (lenhos juvenil, adulto, inicial e tardio), corroborando os resultados encontrados por Siqueira (2004). Com base no efeito das diferenças de qualidade dos sítios nas propriedades tecnológicas da madeira e de acordo com a finalidade do plantio, justificam-se, em muitos casos, grandes investimentos técnicos e econômicos no manejo florestal para se conseguir ganhos de produtividade (Gonçalves et al., 1990).. 6.

(20) 2.3 Biomassa De acordo com Odum (1986), Campos & Leite (2002), biomassa é massa orgânica produzida por unidade de área que pode ser expressa em massa verde ou massa seca na estufa. Sua medição é um instrumento útil na avaliação de ecossistemas, em virtude da aplicação na análise da produtividade, conversão de energia, ciclagem de nutrientes, absorção e armazenagem de energia solar (Campos, 1992 apud Carbonera Pereira et al., 1997). Segundo Ledig (1987), a produção de biomassa é um critério fundamental na seleção de espécie para fins energéticos, acrescentando, ainda, que a quantidade de energia concentrada em unidade de massa da madeira está distribuída em celulose, lignina e carboidratos simples. Na fase juvenil, Trugilho et al. (1996) relatam que a taxa de incorporação de biomassa é crescente, tendendo a se estabilizar quando a árvore atinge a fase adulta. Concomitantemente, essa taxa de variação sintetizada com a idade é chamada de ritmo de crescimento e depende dos fatores genéticos e edafoclimáticos. Na fase inicial do desenvolvimento de uma floresta, grande parte de carboidratos é canalizada para a produção de biomassa da copa. A partir do momento em que as copas começam a competir entre si, a produção relativa do tronco aumenta e a de folhas e ramos diminui gradativamente (Caldeira et al., 2000; Soares et al., 2006). Ao estimar a produção de biomassa em um povoamento de Eucalyptus globulus subespécie maidenii aos 4 anos de idade, Schumacher & Caldeira (2001) verificaram que o componente madeira do tronco apresentou a maior quantidade de biomassa (57,5 t.ha-1), ou seja, 69% do total acima do solo do povoamento.. 7.

(21) Barichello et al. (2005) verificaram que a Acácia negra (Acacia mearnsii De Wild) chega a concentrar mais de 60% (82,35 t.ha-1) de sua biomassa na madeira, aos 8 anos de idade. Em seus estudos, Bernardo et al. (1998) observaram que ocorre um maior acúmulo de biomassa na madeira com o aumento da idade. Um outro aspecto relevante a ser considerado a favor da produção de biomassa é a conversão da massa seca em carbono. De acordo com Schneider et al. (2005), entre as diversas iniciativas para a redução dos níveis de carbono na atmosfera, a utilização de produtos florestais e as práticas de manejo são consideradas de grande eficiência para possibilitar o aumento do volume de carbono imobilizado e a substituição de produtos como o petróleo, gás e carvão mineral pela madeira; bem como o aumento da vida útil dos produtos de madeira. Neste contexto, visando a estratégias para redução da concentração de gás carbônico na atmosfera, o gênero Eucalyptus atua como um fator importante para o seqüestro de carbono atmosférico, haja vista o seu rápido crescimento e a sua alta produtividade (Soares & Oliveira, 2002). Hoppe et al. (2006) relatam que, além da idade, fatores como espécie, tipo de solo e condições de cultivo podem influenciar a produção de biomassa e de carbono.. 2.4 Quantificação da biomassa Segundo Husch et al. (1982), a necessidade de se estimar massa de árvore em pé se tornou importante devido ao fato de que esta também é utilizada como medida em produtos florestais. Assim, a quantificação da biomassa presente na parte aérea de uma árvore pode ser obtida por meio do método destrutivo, o qual implica a seleção e derrubada de árvores-amostra para obtenção dos dados, ou do método indireto. 8.

(22) em que se faz o uso dos modelos de regressão (linear ou não-linear), tendo como vantagem facilitar o trabalho de campo e diminuir o custo de coleta de dados (Soares et al., 2006).. 2.5 Modelos de regressão Os modelos de regressão lineares ou não-lineares são os mais utilizados para estimar a biomassa e o carbono de diversos componentes da árvore, cujas variáveis independentes mais utilizadas nas equações são o diâmetro com casca a 1,30 m (DAP) ou uma combinação de DAP e altura total. Outras variáveis como a idade e o índice de local são casualmente usadas (Tritton & Hornbeck, 1982; Soares et al., 2006). De acordo com Reis et al. (1985) e Lambert et al. (2005), os modelos logaritmos são usualmente empregados na quantificação da biomassa com a finalidade de reduzir a heteroscedasticidade que freqüentemente ocorre nos dados e cuja causa está relacionada ao aumento da variância residual, a qual está associada ao aumento do DAP ou altura, ou seja, um aumento sucessivo no tamanho da árvore. As variáveis mensuráveis -- DAP e altura -- constituem medidas básicas e necessárias para o cálculo de volume, crescimento, funções de afilamento do fuste e em algumas outras relações dendrométricas. Além de apresentarem alta correlação com o volume, massa seca e com outras variáveis dependentes (Machado & Figueiredo Filho, 2003). A forma usual de expressar massa seca como variável dependente é requerida, pois serve de base comparativa dentro de uma espécie e entre espécies, sendo que a massa verde varia com o teor de umidade da madeira (Tritton & Hornbeck, 1982; Campos et al., 1992). Ao quantificar o estoque de carbono nos diferentes compartimentos da floresta em uma plantação de Eucalyptus grandis aos 77 meses de idade, Soares. 9.

(23) & Oliveira (2002) observaram que o fuste sem casca é o componente da árvore que mais contribui, em média, para o total de carbono da parte aérea (83,24%). A partir da seguinte relação alométrica: Carbono = β0.DAPβ1.Hβ2, os mesmos obtiveram ótimos índices de ajuste com um coeficiente de determinação de 98,82%. Ao quantificar a massa seca da madeira do fuste da Acacia mearnsii por meio do modelo de regressão alométrico, ln(Ms) = β0 + β1.ln(DAP), aos 2,4 anos de idade,Caldeira et al. (2001) observaram que este foi significativo quanto a sua capacidade de explicar a variabilidade da massa seca entre as árvores incluídas na amostra (9 árvores), mesmo sendo um povoamento muito jovem. Esse fato foi evidenciado pelo alto valor encontrado para o coeficiente de determinação ajustado 98,30%. Dentre os modelos de natureza logarítimica analisados por Herrera (1989) para estimar a massa seca de árvores individuais de povoamentos de eucalipto em todas as condições de espécie, idade e método de regeneração, o modelo de Schumacher e Hall, Log(Ms) = β0 + β1.Log(DAP) + β2.Log(H) foi considerado o melhor por apresentar estimativa mais precisa e resíduos uniformemente distribuídos para todas as classes de diâmetro e altura. Por outro lado, ao estimar a biomassa seca do tronco para povoamentos de Eucalyptus grandis, localizados em Bom Despacho – MG (sítio de melhor qualidade) e Carbonita – MG (sítio de pior qualidade), Reis et al. (1985) verificaram que o modelo logarítmico da variável combinada, Log(Ms) = β0 + β1.Log(DAP2.H) apresentou ótimo ajuste, com um coeficiente de determinação de 0,99, independentemente do local, em virtude da existência da relação consistente entre a biomassa e o tamanho da árvore. Resultados diferentes foram obtidos por Franco (1996), em que a estimativa da biomassa pode ser obtida a custos sensivelmente mais baixos e com a mesma eficiência dos métodos baseados em diâmetro e altura, quando se. 10.

(24) faz uso do método dos dois diâmetros e da relação hipsométrica, associada à equação de dupla entrada. Os modelos utilizados pelo autor para estimativa da massa seca foram: a) Método dos dois diâmetros: Ms = β0 + β1.k. (DAP2 + DAPi2) b) Método hipsométrico: H = (DAP2) / β0 + β1.DAP + β2.(DAP2) + εi Vários estudos têm relatado que o DAP é a melhor variável independente para estimar com precisão a biomassa e o carbono nos diversos compartimentos da árvore, acima do solo, em equações alométricas. Entretanto, a inclusão de uma segunda variável, tal(is) como a altura e/ou idade podem contribuir para uma melhor estimativa dos dados (Xião & Ceulemans, 2004; Peichl & Arain, 2007).. 2.6 Densidade básica da madeira A densidade básica é uma das características tecnológicas mais importantes da madeira, pois dela dependem estreitamente outras propriedades, tais como a resistência mecânica, o grau de instabilidade dimensional pela perda ou absorção de água, acústicas, térmicas, elétricas, etc. O conhecimento desta propriedade é fundamental para a classificação da madeira e uma informação útil sobre a qualidade da mesma. Devido a sua importância, vem sendo submetida ao melhoramento genético em muitos programas (Burger & Richter, 1991). Segundo Esaú (1974), apud Burger & Richter (1991), a composição do lenho, a estrutura e a organização de seus elementos constituintes são os fatores que determinam as propriedades físicas da madeira e a sua aptidão para o uso comercial.. 11.

(25) Panshin & Zeeuw (1964) afirmam que a densidade básica da madeira depende do tamanho das células, da espessura da parede celular e do número de células presentes de vários tipos. Estes autores também relatam que as fibras são fundamentais para sua determinação, ou seja, caso o lenho de uma determinada espécie apresente fibras com paredes espessas e lume pequeno, então o total espaço de ar é relativamente menor, resultando numa densidade básica alta. A densidade básica da madeira é um dos fatores fundamentais na estimativa de biomassa, utilizada na conversão de dados volumétricos em biomassa com base no uso do volume verde (Woodcock, 2000; Barbosa & Fearnside, 2004). São inúmeros os fatores que influenciam o desenvolvimento da madeira ao longo do fuste de uma árvore, sejam estes relacionados às condições ecológicas do sítio, práticas silviculturais, à genética, à idade, aos defeitos da madeira ou a fatores relacionados à concorrência do povoamento, como a densidade (Burger & Richter, 1991; Andrade et al., 2007). A variabilidade da densidade básica também se expressa em função das variações existentes entre espécies, entre árvores do mesmo gênero e dentro da mesma árvore, compreendendo o sentido base-topo e medula-casca. Concomitantemente, é esperada uma redução da densidade básica no sentido base-topo da árvore, pois há uma diminuição da porcentagem de lenho adulto, e conseqüentemente uma maior proporção de madeira juvenil, de menor densidade (Chies, 2005). Analisando a variação longitudinal (Base, DAP, 25, 50, 75 e 100% da altura comercial do tronco) da densidade básica da madeira de clones do híbrido do E. grandis x urophylla, aos 8 anos de idade, resultados divergentes foram encontrados por Alzate et al. (2005) que observaram um aumento no sentido base-topo. Sendo que essa variação pode ter sido influenciada pela base genética, idade e o espaçamento de plantio (2,70 x 2,23 m).. 12.

(26) Panshin & Zeeuw (1964) relatam que o aumento da densidade básica da madeira na região do topo é atribuído à presença de muitos nós. Em relação à variação radial, Oliveira & Silva (2003) -- ao estudarem a madeira de Eucalyptus saligna aos 16 anos de idade -- verificaram que a densidade básica, apesar de mostrar tendência de aumento em direção à periferia do tronco, não mostrou sinais efetivos de estabilidade, o que leva a supor que a madeira seja constituída em grande parte por material juvenil. Ao avaliar a variação da densidade básica da madeira de Eucalyptus grandis, de quatro idades (10, 14, 20 e 25) em diferentes posições radiais (0, 33, 66 e 100%), Silva et al. (2004) observaram um aumento da mesma com a idade e com a variação radial, no sentido medula-casca, reflexo de uma quantidade e heterogeneidade de material encontrado nas madeiras de maior idade, havendo uma tendência de estabilização após a idade de vinte anos da árvore. Segundo Castelo (2007), com a necessidade de se obter usos mais adequados para as espécies florestais, especialmente as de rápido crescimento, faz-se necessária a intensificação de estudos relacionados à qualidade da madeira, com ênfase em pesquisas sobre densidade básica e características tecnológicas destas espécies em relação a produtos e processos, para a correta utilização das mesmas.. 2.7 Composição química da madeira A composição química da madeira é caracterizada pela presença dos componentes elementares, macromoleculares e acidentais (extrativos e cinzas). A constituição elementar compreende a formação essencialmente orgânica da madeira, sendo fundamental para entender seu comportamento quanto ao processo de combustão. É composta por 50% de carbono, 44% de oxigênio, 6% de hidrogênio e 0,4% de nitrogênio. Além desses elementos, são encontradas pequenas quantidades de enxofre, o que contribui para menores. 13.

(27) problemas de poluição com compostos sulfurosos, quando comparado aos combustíveis fósseis (Corder, 1973; Brito & Barrichelo, 1979; Brito, 1994; Quirino et al., 2005). A estrutura complexa e heterogênea da madeira é explicada em grande parte pela variação e distribuição dos componentes elementares, no que se refere à constituição dos elementos macromoleculares (celulose, hemiceluloses e lignina) e acidentais (extrativos e cinzas). Segundo Lewin & Goldstein (1991), a composição das madeiras, em termos médios, é representada por: •. Celulose: 40 – 45%;. •. Hemiceluloses: 20 – 30%;. •. Lignina: 18 – 25% para Folhosas; 25 – 35% para Coníferas;. •. Extrativos: 3 – 8%;. •. Cinzas: 0,4%. A celulose é o principal constituinte da parede celular dos vegetais e o. composto orgânico mais comum na natureza. A associação deste componente com as hemiceluloses forma a fração da madeira denominada holocelulose. Esses componentes contribuem de forma relativa na aplicação da madeira para fins energéticos, apresentando poder calorífico em torno de 3800 a 4000 kcal/kg (Doat, 1977; Trugilho et al., 1996). A lignina é um componente estrutural que confere propriedades de elasticidade e resistência à madeira. O conhecimento deste componente é fundamental para produção de energia e carvão vegetal, pois apresenta alto poder calorífico 6100 kcal/kg e contribui significativamente para a formação do carbono residual devido a sua estrutura complexa, conferindo-lhe alta estabilidade térmica, principalmente pela presença dos aldeídos coniferilícos e. 14.

(28) hidroxiconiferílico, além de conter de 61 a 67% de carbono, proporcionando um maior rendimento em carvão (Doat, 1977; Petroff & Doat, 1978). Os extrativos ocorrem em outras partes das árvores (folhas, frutos, sementes e casca) e as concentrações nessas partes, muitas vezes, são maiores do que na madeira.. Os mesmos compõem uma extraordinária diversidade de. compostos tais como: terpenos, taninos, resinas, óleos essenciais, graxas, ceras e carbohidratos. A influência dos extrativos na caracterização energética da madeira provavelmente dependerá da natureza dos componentes e das quantidades relativas presente na mesma (Browning, 1963; Senelwa & Sims, 1999). Segundo Brito (1994), por serem compostos orgânicos, todos os componentes da madeira contribuem de forma decisiva na liberação de energia quando esta é aplicada com tal propósito. Entretanto, o poder calorífico é mais alto na presença de um maior teor de lignina e extrativos, devido ao fato de que estes contêm menores porcentagens de oxigênio do que os polissacarídeos (Browning, 1963). A parte inorgânica da constituição química da madeira é composta pelos seguintes componentes: potássio (k), cálcio (Ca), magnésio (Mg), dentre outros, ou seja, é a fração que permanece como resíduo após a combustão da matéria orgânica. O teor de cinzas varia de acordo com a espécie, quantidade de casca, presença de terra e areia na madeira. Concomitantemente, quanto maior a proporção de matérias minerais na madeira, maior será percentagem de cinzas no carvão, fato este indesejável, constituindo um problema grave e limitante de seu uso, como na produção de carbureto de cálcio, ferro-gusa e alguns tipos de ferro-liga (Oliveira, 1988; Sturion et al., 1988; Vital et al., 1989). Ao avaliar as características químicas da madeira de Eucalyptus saligna em função da idade (12, 24, 36 e 48 meses de idade), Trugilho et al. (1996) observaram uma tendência de estabilização nos valores do teor de cinzas,. 15.

(29) extrativos totais, lignina e holocelulose, com o aumento desta última. Este fato está relacionado com o início da formação da madeira adulta, sendo que a elevação do gradiente de variação dentro da zona juvenil tende a diminuir com o passar do tempo. Com base no efeito da classe diamétrica, dentre os parâmetros químicos analisados, em seu estudo, Vital et al. (1989) observaram uma correlação positiva entre o teor de lignina e a classe de diâmetro para a madeira de E. grandis W. Hill ex Maiden, ou seja, um aumento significativo do teor de lignina da madeira com o aumento do diâmetro da árvore. O conhecimento da composição química da madeira é importante para a definição do seu uso. Desta forma, a análise dos teores de lignina, extrativos e cinzas, acoplados aos ensaios de poder calorífico e da análise elementar constituem propriedades fundamentais para a caracterização do potencial da madeira para produção de energia.. 2.8 Poder calorífico O poder calorífico é a quantidade de energia na forma de calor liberada pela combustão de uma unidade de massa da madeira, podendo ser expresso em calorias/grama ou quilocalorias/quilograma. Ele pode ser apresentado como poder calorífico superior (PCS), quando a combustão se efetua a volume constante e o calor gerado pela condensação da água, na reação entre o hidrogênio presente na madeira e o oxigênio atmosférico, é recuperado e finalmente poder calorífico inferior (PCI), o qual considera a energia disponível por unidade de massa, depois de avaliar as perdas com a evaporação da água (Corder, 1973; Jara, 1989 apud Quirino, 2005). Poder calorífico é uma propriedade termoquímica que retrata a qualidade do combustível na aplicação da combustão (Senelwa & Sims, 1999). Na prática, Corder (1973) e Cintra (2009) afirmam que o PCI é o mais usual. 16.

(30) para avaliar o comportamento do combustível, pois na maioria dos processos práticos de geração de energia, não há condições de recuperação do calor latente do vapor d' água. Entretanto, o PCS reflete o máximo potencial de fornecimento energético da madeira, por isso está mais presente em diversos trabalhos de pesquisa, de forma a permitir a comparação entre diferentes fontes de energia. Algumas propriedades da madeira podem influenciar no valor do poder calorífico. Segundo Gatto et al. (2003), a massa específica tem grande influência nesse caráter quando o mesmo é expresso em unidades de volume (kcal/m3) e o outro fator refere-se ao teor de umidade, pois quanto maior a umidade, maior será a quantidade de energia necessária para evaporação da água, ou seja, menor é a produção de calor por unidade de massa. As madeiras com maior produção de biomassa seca apresentam excelentes qualidades para a produção de energia na forma de calor, propiciando um maior poder calorífico por unidade de volume. Entretanto, opõem maior resistência à combustão, devido a sua menor condutibilidade calorífica (Sardinha, 2002; Vale et al., 2000b). Conforme Burger & Richter (1991), a combustibilidade e o poder calorífico são altamente influenciados pelo teor de lignina e pela presença de materiais extrativos inflamáveis (óleos, resinas, ceras, etc.). Em relação à composição química elementar da madeira, os elementos como carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre contribuem, significativamente para o seu valor calorífico (Munalula & Meincken, 2009). De acordo com Pereira et al. (2000), para que ocorra uma boa combustão, a madeira deve ser utilizada com teores de umidade abaixo de 25%. No entanto, se o combustível for calculado na base seca, com 0% de umidade, contribuirá para mostrar todo o potencial calórico do material. Ao determinar o poder calorífico superior para a madeira do híbrido Eucalyptus grandis e E. urophylla, aos 7 anos de idade, Carvalho & Nahuz. 17.

(31) (2001) obtiveram um valor médio de 4423,75 kcal/kg. No entanto, Vale et al. (2000a) encontraram um valor médio de 4641 kcal/kg para o poder calorífico superior da madeira de Eucalyptus grandis, na mesma idade. Brand (2007) encontrou valores de poder calorífico superior que variaram entre 4748 kcal/kg até um mínimo de 4462 kcal/kg em toras de Eucalyptus com casca ao analisar a qualidade da biomassa florestal para fins energéticos,. Ao estudar a madeira das espécies Anadenanthera falcata (AngicoBranco) e Myracrodruon urundeuva (Aroeira) nas idades de 6, 36 e 8, 37 anos, respectivamente, Cintra (2009) observou que o poder calorífico superior apresentou uma correlação positiva com a idade, indicando que árvores mais velhas possuem mais energia por unidade de massa.. 18.

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(40) CAPÍTULO 2. CRESCIMENTO E PRODUÇÃO DE UM CLONE DE Eucalyptus grandis e E. urophylla COM ENFOQUE ENERGÉTICO. 27.

(41) 1 RESUMO. As fontes renováveis, como lenha e seus derivados, tem participação significativa na matriz energética do Brasil devido a seu elevado potencial produtivo e energético. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o crescimento e produção em massa seca e caloria das árvores do clone de Eucalyptus grandis e E. urophylla mediante a inclusão de variáveis mensuráveis. Também, estabelecer a aplicabilidade de modelos de regressão na estimativa da produção energética por árvore, além de ajustar equações para estimar o estoque de carbono presente no fuste. O material utilizado neste estudo, com 34, 48, 61, 74 e 86 meses de idade, foram provenientes de áreas de reflorestamentos, de propriedade da GERDAU S.A., sendo selecionadas duas árvores em cada idade e distribuídas em classes diamétricas respeitante à proporção de cada parcela lançada nos locais amostrados. Com base no procedimento de regressão Stepwise, possibilitou-se a seleção das melhores correlações significativas entre as variáveis independentes com a variável dependente, proporcionando a precisão estatística na geração de equações para a estimativa da massa seca, produção energética e do estoque de carbono nas árvores individuais. Desta forma, o crescimento e produção desses parâmetros estimados podem ser avaliados mediante a aplicação de modelos estatísticos com a inclusão de variáveis dendrométricas como idade, DAP e altura total. Palavras-chave: Eucalyptus, modelo de produção, crescimento florestal.. 28.

(42) 2 ABSTRACT. Renewable sources such as wood and its derivatives have a significant participation in Brazil energy matrix due to their high yield potential for energy production. In view of these considerations, this study aims was to evaluate the growth and yield in dry mass and calorie of Eucalyptus grandis e E. urophylla trees clone by means of including measurable variables in order also to establish the applicability of regression models in estimating the energy production per tree, and adjust the equations to estimate the carbon stock in the stem. The material used in this study was 34, 48, 61, 74 and 86 months old and came from reforestation areas owned by GERDAU S.A. For each age, two trees were selected divided into diameter classes on the proportion of each plot released in the sampled sites. Based on Stepwise regression procedure, it was possible to select the best correlated with all independent variables and the dependent variable, providing the statistical accuracy in the generation of equations to estimate the dry mass, energy production and carbon stocks in individual trees. Thus, the growth and yield of these estimated parameters can be evaluated by applying statistical models that include of dendrometric variables such as age, DBH and Total Height. Keywords: Eucalyptus, production model, forest growth.. 29.